Kablosuz Şarj Teknolojisi
Tanım
Kablosuz elektrikli araç şarj istasyonları (WEVCS) teknolojisi, doğrudan araç sistemi ile ilgili kabloları kullanmadan elektrikli bir arabayı şarj ediyor. Kablosuz şarj, konektör olmadan yapılır. Kablosuz şarjın bulunduğu yere kablosuz elektrikli araç şarj istasyonu denir. WEVCS’de standart EVCS’deki şarj gibi bir fiş yoktur . Elektrikli arabalar için kablosuz elektrikli şarj teknolojisi, pilleri şarj etmek için yeni bir gelişmedir. Elektrikli araç şarj veya kablosuz şarj sisteminin temel prensibi, transformatörün çalışma prensibi ile aynıdır.
Kablosuz şarj cihazının avantajlarından biri, bir elektrikli arabanın (araç) şarj edilmesinin kullanıcılar için daha güvenli ve kullanışlı hale gelmesidir.
Çalışma Prensibi
Transformatörün birincil ve ikincil tarafı varsa, WEVCS kablosu olmadan şarjın bir verici tarafı ve bir alıcı tarafı vardır. Transformatörün birincil (bobin) sargısı ve ikincil sargısı varsa, bir elektrikli otomobilin kablosuz şarjı ayrıca bir verici sargısı ve alıcı sargısından oluşur.
Ancak elektrikli arabaların kablosuz şarj edilmesi, alternatif akımın (AC) parametrelerini düşük frekanslı 50Hz’den yüksek frekansa değiştirir, burada transformatörde oluşmaz. Verici bobine yüksek frekanslı AC gücü verilir, ardından alternatif manyetik alan oluşturulur. Bu alan daha sonra alıcı sargısını indükler, böylece alıcı sargısında bir voltaj belirir. Bu voltaj araç aküsünü şarj etmek için kullanılır.
Kablosuz şarjda veya kablosuz şarjda verimli kalmak için en önemli şey, verici ve alıcı arasındaki rezonans frekansını korumaktır. Rezonans frekansının korunabilmesi için her iki tarafa da kompanzasyon ağları eklenir.
Kablosuz Şarjın Tarihi
Kablosuz şarj teknolojisi, Nikola Tesla’nın 1891 civarında yaptığı araştırmayla başlatıldı. O sırada Tesla bobinini yaptı. Araştırmasının amacı, kablosuz bir güç iletim sistemi (kablosuz) geliştirmektir. Tesla daha sonra Wardenclyffe Kulesi’ni yüksek kapasiteli, yüksek kapasiteli bir kablosuz enerji iletim istasyonu olarak inşa etti. Ne yazık ki, kule 4 Temmuz 1917’de dinamitlendi ve yıkıldı.
Statik ve Dinamik Kablosuz Şarj
Uygulamaya bağlı olarak, kablosuz elektrikli araç şarj istasyonları arabaları iki kategoriye ayrılabilir,
- Statik Kablosuz Şarj
- Dinamik Kablosuz Şarj
Statik Kablosuz Şarj
Bu kablosuz şarj, statik kablosuz şarj istasyonu (SWCS) olarak da adlandırılır. Adından da anlaşılacağı gibi, araç aküsü dururken (dururken) şarj olur. Aracı bir otoparka veya kablosuz şarj istasyonu ile birleştirilmiş bir garaja park edebiliriz. Alıcı aracın altına monte edilirken verici yer altına kurulur. Şarj işlemi, vericiyi alıcı ile hizalayarak ve ardından şarj veya şarj işleminin gerçekleşmesi için susturularak yapılır. Kablosuz şarjın süresi şunlara bağlıdır :
- Büyük AC güç kaynağı
- Verici ve alıcı arasındaki mesafe
- Minderin boyutu.
Bu SWCS elektrikli otomobilin kablosuz şarjı, otomobilin belirli bir zaman aralığı için park edildiği bir alanda en iyi şekilde yapılır.
Dinamik Kablosuz Şarj Sistemi
Kablosuz şarj, dinamik kablosuz şarj istasyonu (DWCS) olarak da adlandırılır. Adından da anlaşılacağı gibi kablosuz şarj veya kablosuz şarj araç çalışırken yapılabilir. Güç, hareket halindeki aracın alıcı sargısına sabit vericiden hava yoluyla aktarılır. Kablosuz şarj teknolojisi, aracın kilometresinin daha da uzağa gitmesine olanak tanır. Çünkü yolculuk sırasında pil sürekli olarak şarj edilir. Bu, arabanın ağırlığını azaltmak için büyük bir araba aküsü kapasitesine olan ihtiyacı azaltır. Yükü azaltmak, kilometreyi daha da uzaklaştıracaktır.
Kablosuz Şarjlı Elektrikli Araba Türleri
Kablosuz elektrikli araç şarj istasyonları (WEVCS) faaliyetlerine göre dört tipte sınıflandırılabilir.
- Kablosuz Şarj Kapasitifi (CWCS)
- Kablosuz Şarj Kalıcı Manyetik Dişli (PMWC)
- Endüktif Kablosuz Şarj (IWC)
Kapasitif Kablosuz Şarj
Kablosuz veya kablosuz şarjlı elektrikli araba tipi CWCS şarjı, elektrik alanındaki değişimler nedeniyle bir yer değiştirme akımı kullanılarak yapılır. Vericiler ve alıcılar olarak mıknatıslar veya sargılar yerine, burada kablosuz güç aktarımları olarak kuplaj kapasitörleri kullanılır.
AC voltajı önce verimliliği artırmayı, voltaj seviyelerini korumayı ve iletim kayıplarını azaltmayı amaçlayan güç faktörü düzeltme devresine verilir. Daha sonra yüksek frekanslı AC voltajının üretilmesi için H köprüsüne beslenir. İletim plakasına uygulanan bu yüksek frekanslı AC, salınımlı bir elektrik alanının gelişmesine neden olur ve ardından elektrostatik indüksiyon yoluyla alıcı plaka üzerinde bir yer değiştirme akımına neden olur.
Alıcının AC voltajı DC’ye dönüştürülür ve ardından pili bir redresör devresi ve filtre ile BMS üzerinden şarj eder. Debriyaj kondansatörünün frekansı, voltajı, boyutu ve verici ile alıcı arasındaki hava boşluğu enerji transfer miktarını etkiler. Çalışma frekansı 100 ila 600 kHz arasındadır.
Kablosuz Şarj Kalıcı Mıknatıs Dişlisi
Elektrikli arabalara yönelik bu kablosuz şarj teknolojisinde, her verici ve alıcı aynı zamanda sargı içinde senkronize edilmiş armatür sargıları ve kalıcı mıknatıslardan oluşur. Verici tarafının çalışma prensibi motor çalışmasına benzer. Vericiye AC akımı uyguladığımızda, verici mıknatısında mekanik torkun dönmesine neden olur. Vericinin manyetik etkileşimindeki değişiklikler nedeniyle, PM alanı, PM alıcısında torka neden olur ve bu da verici mıknatısı ile senkronize dönüşle sonuçlanır.
Şimdi alıcının kalıcı manyetik alanındaki değişiklik, sargıda AC akımının üretilmesine neden olur, yani alıcı, alıcının sargısında elektrik çıkışına dönüştürülen alıcı PM’sine mekanik güç girişi olarak bir jeneratör görevi görür. Dönen kalıcı manyetik kavramaya manyetik dişli denir. Alıcı tarafında üretilen AC gücü, güç dönüştürücü aracılığıyla tamir edilip filtrelendikten sonra aküye beslenir.
Endüktif Kablosuz Şarj
Elektrikli arabaların kablosuz şarj edilmesi veya kablosuz şarj edilmesinin temel prensibi Faraday’ın indüksiyon yasasıdır. Burada kablosuz iletim, verici bobin ve alıcı arasında bir manyetik alan oluşturularak elde edilir. Ana AC beslemesi verici bobine uygulandığında, verici bobinden geçen bir AC manyetik alan oluşturur ve bu manyetik alan alıcı sargısındaki elektronları hareket ettirerek AC güç çıkışına neden olur. AC çıkışı onarılır ve filtrelenir ve ardından otomobilin enerji depolama sistemini doldurur. Elektrikli araç şarj cihazındaki transfer miktarı frekansa, karşılıklı endüktansa ve verici ile alıcı bobin arasındaki mesafeye bağlıdır. Kablosuz şarjlı IWC elektrikli arabaların çalışma frekansı 19 ile 50 kHz arasındadır.
Rezonans Endüktif Kablosuz Şarj
Bu kablosuz elektrikli araç veya araç şarj istasyonu, temel olarak, enerjiyi çok daha yüksek bir oranda ileten yüksek kalite faktörüne sahip bir rezonatördür. Daha zayıf manyetik alanlarda bile rezonansta çalıştığı için, IWC’de olduğu kadar transfer kapasitesi kadar enerji iletebiliriz. Güç uzaktan kablosuz olarak aktarılabilir. Hava yoluyla maksimum güç aktarımı, verici ve alıcının sarımı, iki rezonans bobininin frekanslarının eşleşmesi gerektiği şekilde ayarlandığında gerçekleşir. Böylece iyi bir rezonans frekansı elde etmek için verici ve alıcı bobinlerine ek bir seri-paralel kombinasyon kompanzasyon ağı eklenir. Bu elektrikli araç şarj cihazındaki ek kompanzasyon ağı, ek kayıpları azaltırken rezonans frekansındaki artışı ayarlamalıdır. RIWC çalışma frekansı 10 ila 150 kHz arasındadır.